巖溶地區(qū)灌注樁樁身包網(wǎng)材料的試驗(yàn)研究

喻偉，陳浩沖，黃德清，鄭先昌

(1.中鐵建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518000； 2.廣州大學(xué)土木工程學(xué)院，廣東 廣州 510006；3.廣州市第二市政工程有限公司，廣東 廣州 510060)

巖溶地區(qū)灌注樁樁身包網(wǎng)材料的試驗(yàn)研究

喻偉1*，陳浩沖2，黃德清3，鄭先昌2

(1.中鐵建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518000； 2.廣州大學(xué)土木工程學(xué)院，廣東 廣州 510006；3.廣州市第二市政工程有限公司，廣東 廣州 510060)

在巖溶強(qiáng)發(fā)育地區(qū)，鉆孔見洞率高，有時(shí)溶洞尺寸大并且未充填，進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工時(shí)，成孔難度大，超灌混凝土造成方量浪費(fèi)，而且成樁質(zhì)量難以控制。因此，一般采用全套管施工工藝穿越溶洞，此舉可有效防止樁身混凝土大量漫溢到溶洞。近些年樁身鋼筋籠外包網(wǎng)技術(shù)得到推廣應(yīng)用，即在溶洞相應(yīng)位置的鋼筋籠上疊層外包沖壓鋼板網(wǎng)和尼龍網(wǎng)。由于沖壓鋼板網(wǎng)成本較高，施工不便，故本文結(jié)合實(shí)際工程，對(duì)沖壓鋼板網(wǎng)、鍍鋅鐵絲網(wǎng)進(jìn)行材料拉力試驗(yàn)，分析鍍鋅鐵絲網(wǎng)取代沖壓鋼板網(wǎng)的工程可行性，并通過工程驗(yàn)證取得較好效果。

巖溶地區(qū)；樁身包網(wǎng)；鍍鋅鐵絲網(wǎng)；沖壓鋼板網(wǎng)；抗拉試驗(yàn)

1 引 言

碳酸巖作為一種特殊的地層，在我國的分布面積占據(jù)了約三分之一的國土[1]，使得巖溶地區(qū)的城市建設(shè)遇到了大量的地基基礎(chǔ)難題，溶洞發(fā)育區(qū)的樁基施工即為一例[2]。

巖溶地區(qū)全套管灌注樁技術(shù)在施工過程中具有避免孔壁坍塌、不易斷樁和縮徑等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到了廣泛應(yīng)用[3～5]。然而在無充填的溶洞發(fā)育場區(qū)施工時(shí)，灌注樁澆筑混凝土過程中，套管拔出時(shí)混凝土喪失保護(hù)作用，容易造成混凝土大量擴(kuò)散到溶洞中去，出現(xiàn)混凝土面突然下降和樁身夾泥斷樁現(xiàn)象，甚至導(dǎo)致樁孔坍塌或地面下沉，造成工程質(zhì)量事故。因此，巖溶區(qū)采用全套管灌注樁技術(shù)施工時(shí)，可預(yù)先在溶洞相應(yīng)位置的鋼筋籠外，綁扎沖壓鋼板網(wǎng)和尼龍網(wǎng)，防止拔出套管時(shí)混凝土大量擴(kuò)散到溶洞中去，如圖1所示。此方法可有效降低混凝土的擴(kuò)散現(xiàn)象。目前，樁身包網(wǎng)穿越溶洞技術(shù)已基本成熟，并且已成為溶洞地區(qū)樁基施工的常規(guī)技術(shù)手段。

沖壓鋼板網(wǎng)套尼龍網(wǎng)成本較高，本文依據(jù)實(shí)際工程，試驗(yàn)新型鍍鋅鐵絲網(wǎng)的抗拉強(qiáng)度，以期取代沖壓鋼板網(wǎng)。通過對(duì)樁身外包材料(沖壓鋼板網(wǎng))和擬試驗(yàn)材料(鍍鋅鐵絲網(wǎng))進(jìn)行材料拉力試驗(yàn)，分析兩者的抗拉強(qiáng)度，驗(yàn)證鍍鋅鐵絲網(wǎng)能否取代沖壓鋼板網(wǎng)用于溶洞地區(qū)施工。

圖1 鋼筋籠外包沖壓鋼板網(wǎng)和尼龍網(wǎng)

2 材料試驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析

2.1 實(shí)驗(yàn)思路

(1)首先按照規(guī)范要求制作標(biāo)準(zhǔn)試件。

(2)其次對(duì)每組試件分別進(jìn)行拉力試驗(yàn)，測得試件的力值與變形的關(guān)系曲線。

(3)最后通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到每組試件的極限抗拉強(qiáng)度值。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)試件的制作

本次試驗(yàn)需采用200 mm寬、100 mm長的標(biāo)準(zhǔn)試件。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，試件在荷載作用下，其長度方向會(huì)出現(xiàn)收縮的現(xiàn)象，而本實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試件的寬度大于長度，降低了這些試件的收縮影響。

制作標(biāo)準(zhǔn)試件時(shí)，每組試件分別剪取6塊，必須保證試件最終寬度為 200 mm；試件長度應(yīng)足夠長并保證夾具的間距為 100 mm，其長度方向與待測最大負(fù)荷的方向平行。為控制滑移，在垂直試件的寬度方向畫兩條間隔 100 mm的標(biāo)記線，以標(biāo)示隔距長度，確保夾具的間隔。試驗(yàn)采用WD-100KE型雙立柱電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，如圖2所示，兩種拉伸材料按圖3所示制作標(biāo)準(zhǔn)試件，標(biāo)準(zhǔn)試件如圖4、圖5所示。

圖2 WD-100KE型電子萬能試驗(yàn)機(jī)

圖3 標(biāo)準(zhǔn)試件制作示意圖

圖4 沖壓鋼板網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)試件

圖5 鍍鋅鐵絲網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)試件

2.3 試驗(yàn)過程

試驗(yàn)之前，將夾具隔距調(diào)節(jié)至 100±3 mm，拉力量程設(shè)為 30 kN，橫桿量程設(shè)為 500 mm，拉伸速率保持在 20 mm/min。然后將沖壓鋼板網(wǎng)、鍍鋅鐵絲網(wǎng)兩種試件對(duì)中地夾持在夾具中進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中，上下夾具的螺絲處于擰緊狀態(tài)，應(yīng)時(shí)刻注意標(biāo)記線的位置，保證試件不會(huì)發(fā)生偏移滑落。試驗(yàn)開始時(shí)，待試件剛開始繃緊而尚未受力時(shí)，將數(shù)據(jù)清零，然后繼續(xù)加載，直到兩種試件都破壞為止。記錄最大負(fù)荷和伸長率并精確至0.1%。如果試驗(yàn)過程中試樣在夾具中發(fā)生滑移，或者試樣在距離鉗口 5 mm以內(nèi)的范圍中斷裂，該試驗(yàn)結(jié)果剔除，取新試樣重新進(jìn)行試驗(yàn)。兩種材料的拉伸及破壞形態(tài)如圖6～圖9所示，拉伸試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)儀器自動(dòng)繪制力值-變形曲線。試驗(yàn)時(shí)間通常以 10 min為宜，因?yàn)槔烨€最大值對(duì)應(yīng)的是材料失去抗力的狀態(tài)，后續(xù)拉伸沒有參考意義。

圖6 沖壓鋼板網(wǎng)拉伸

圖9 鍍鋅鐵絲網(wǎng)破壞形態(tài)

2.4 試驗(yàn)成果與數(shù)據(jù)分析

本次試驗(yàn)對(duì)沖壓鋼板網(wǎng)和鍍鋅鐵絲網(wǎng)兩種材料進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)，每一種材料進(jìn)行6組試驗(yàn)，分別測得兩種材料的最大力值、最大變形和試驗(yàn)拉伸時(shí)從開始到破壞的時(shí)間。

在本次試驗(yàn)中，沖壓鋼板網(wǎng)、鍍鋅鐵絲網(wǎng)的拉伸試驗(yàn)過程均符合試驗(yàn)規(guī)程的要求，兩種材料的力值與變形曲線如圖10、圖11所示，實(shí)驗(yàn)值如表1、表2所示。

圖10 沖壓鋼板網(wǎng)試件力值與變形的變化曲線

圖11 鍍鋅鐵絲網(wǎng)試件力值與變形的變化曲線

沖壓鋼板網(wǎng)試驗(yàn)測值 表1

鍍鋅鐵絲網(wǎng)試驗(yàn)測值 表2

由圖10、圖11可知兩種材料的力值與變形曲線都呈現(xiàn)出突變回彈現(xiàn)象，類似于鋼筋的拉伸，并且呈現(xiàn)出“鋸齒”式下降現(xiàn)象，這是由于鋼絲每斷裂一根，曲線就會(huì)出現(xiàn)一次波動(dòng)，直至大部分鋼絲斷裂，試件失去抗力。不同之處在于，鍍鋅鐵絲網(wǎng)出現(xiàn)了負(fù)值，這是因?yàn)閿嗔芽诔霈F(xiàn)拉應(yīng)力集中現(xiàn)象，沿測試方向變形不均勻?qū)е隆?/p>

兩組材料的最大力值的均值和標(biāo)準(zhǔn)差由式(1)和式(2)求得，結(jié)果如表3所示。

(1)

(2)

其中：i=1-6；

Xi—實(shí)驗(yàn)樣本。

最大力值的均值與方差 表3

試件的拉伸強(qiáng)度和伸長率由式(3)和式(4)得到。

(3)

(4)

式中： σf—拉伸強(qiáng)度均值，kN/m2；

Ff—最大力值均值，kN；

Sf—拉伸試件的面積，mm2；

εf—伸長率，%；

L0—拉伸前試件長度，mm；

Lb—斷裂時(shí)試件長度，mm；

經(jīng)計(jì)算，沖壓鋼板網(wǎng)的拉伸強(qiáng)度和伸長率為 222.95 kN/m2和2.024%；鍍鋅鐵絲網(wǎng)的拉伸強(qiáng)度和伸長率為 165.70 kN/m2和15.36%。

3 適用性分析

混凝土澆筑過程中，樁身外包材料能否抵抗混凝土側(cè)壓力是鍍鋅鐵絲網(wǎng)能否取代沖壓鋼板網(wǎng)用于溶洞地區(qū)樁基施工的關(guān)鍵。本文混凝土側(cè)壓力的計(jì)算參考相關(guān)規(guī)范[6～7]，如式(5)所示。

F=γcH

(5)

式中：γc—混凝土重度；kN/m3；

H—計(jì)算高度；m；

本實(shí)驗(yàn)測得的沖壓鋼板網(wǎng)和鍍鋅鐵絲網(wǎng)的拉伸強(qiáng)度分別為 222.95 kN/m2、165.70 kN/m2。另外產(chǎn)品標(biāo)示的尼龍網(wǎng)拉伸強(qiáng)度 9.755 kN/m2作為受力安全儲(chǔ)備，不計(jì)入內(nèi)。

實(shí)際計(jì)算中，水下澆灌時(shí)，混凝土的浮重度取 15 kN/m3時(shí)，由式(5)計(jì)算得，鍍鋅鐵絲網(wǎng)可用于高度不大于 11 m的溶洞地區(qū)樁基施工，在廣州宏宇大廈施工中，最大溶洞高度 10.0 m，使用鍍鋅鐵絲網(wǎng)施工經(jīng)驗(yàn)證達(dá)到要求。

4 結(jié) 論

綜上所述，鍍鋅鐵絲網(wǎng)可用于高度不大于 11 m的溶洞地區(qū)樁基施工。通過市場調(diào)查，沖壓鋼板網(wǎng)的價(jià)格約為 50 元/m2～60 元/m2，鍍鋅鐵絲網(wǎng)的價(jià)格約為 15 元/m2～20 元/m2，而且施工方便。因此對(duì)于跨度不大于 11 m或有充填物的溶洞可以考慮選用鍍鋅鐵絲網(wǎng)代替沖壓鋼板網(wǎng)用于溶洞地區(qū)樁基礎(chǔ)工程施工。

[1] 尹國榮. 巖溶區(qū)勘察方法及橋梁樁基施工技術(shù)[D]. 長沙：中南大學(xué)，2009.

[2] 黃德清. 溶洞頂板承載機(jī)理研究在某樁基工程中的應(yīng)用[J]. 廣東建材，2015(12)：41～43.

[3] 莊妍，牟凡，崔曉艷等. 全套管灌注樁在臨近地鐵隧道的暗橋樁基工程中的應(yīng)用[J]. 巖土工程學(xué)報(bào)，2015(37增)：41～45.

[4] 肖勇杰，許萬強(qiáng)，陳福全. 全套管大直徑振動(dòng)取土灌注樁施工新技術(shù)[J]. 施工技術(shù)，2015(44)：61～64.

[5] 朱芝同，宋志彬，馮起贈(zèng)等. 全套管鉆孔咬合樁在臨近地鐵基坑工程中的應(yīng)用[J]. 探礦工程，2014(41)：65～69.

[6] GB 506666-2011. 混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范[S].

[7] JGJ162-2008. 建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范[S].

Research on the Mesh Materials outside Reinforcement Cage of thePile in Karst Area

Yu Wei1，Chen Haochong2，Huang Deqing3，Zheng Xianchang2

(1.China Railway Construction Investment Group Corporation Limited，Shenzhen 518000，China； 2.College of Civil Engineering，Guangzhou University，Guangzhou 510006，China； 3.Guangzhou Second Municipal Engineering Co.，Ltd.，Guangzhou 510060，China)

In the construction of pile foundation in Karst development area，because of the high rate of hole，when the size of the cave is relatively large，it will result in constructing the pile difficulty and wasting the concrete，and the quality of the pile is difficult to control. Therefore，we generally use the whole casing construction technology through the cave，which can effectively prevent the concrete of the pile into the cave. In recent years，the technology of wrapping mesh outside the steel reinforcement cage (that is，in the corresponding position of the reinforcement cage of the hole wrap steel mesh net and the nylon net)is very popular. Because of the high cost and inconvenient of the steel mesh，so the paper test the tensile of steel mesh and galvanized wire mesh combined with the actual project，and analysis whether the galvanized steel wire can replace the steel mesh or not，the last，the paper prove the galvanized steel wire has achieved good results in engineering.

Karst；wrap mesh outside the hole；galvanized steel wire；steel mesh；tension test

1672-8262(2017)02-167-04

TU473.1

B

2016—12—20

喻偉(1986—)，男，碩士，助理工程師，主要從事工程施工與技術(shù)管理等工作。